Nginx正向代理、反向代理、负载均衡及性能优化

一、Nginx是什么

Nginx是一款高性能的 HTTP 和反向代理服务器,由俄罗斯人Igor Sysoev(伊戈尔·赛索耶夫)为俄罗斯网站Rambler.ru开发的,在Rambler.ru网站平稳的运行了四年,而且俄罗斯超过20%的虚拟主机平台采用Nginx作为反向代理服务器。

在国内,使用nginx网站有:百度、京东、金山爱词霸、新浪、校内网、淘宝、YUPOO相册、豆瓣、迅雷看看、网易、腾讯等。

二、Nginx的优点

  • 高并发量:根据官方给出的数据,能够支持高达 50,000 个并发连接数的响应;
  • 内存消耗少:处理静态文件,同样起 web 服务,比 apache 占用更少的内存及资源,所有它是轻量级的;
  • 简单稳定:配置简单,基本在一个conf文件中配置,性能比较稳定,可以7*24小时长时间不间断运行;
  • 模块化程度高:Nginx是高度模块化的设计,编写模块相对简单,包括 gzipping, byte ranges, chunked responses,以及 SSI-filter 等 filter,支持 SSL 和 TLSSNI;
  • 支持Rwrite重写规则:能够根据域名、URL的不同, 将HTTP请求分发到不同的后端服务器群组;
  • 支持多系统:Nginx代码完全用C语言从头写成,已经移植到许多体系结构和操作系统,包括:Linux、FreeBSD、Solaris、Mac OS X、AIX以及Microsoft Windows,由于Nginx是免费开源的,可以在各系统上编译并使用;

三、Nginx的缺点

  • 动态处理差:nginx处理静态文件好,耗费内存少,但是处理动态页面则很鸡肋,现在一般前端用nginx作为反向代理抗住压力,Tomcat作为后端处理动态请求。
  • rewrite弱:虽然nginx支持rewrite功能,但是相比于Apache来说,Apache比nginx 的rewrite 强大;

四、正向代理

正向代理类似一个跳板机,代理访问外部资源。

举个例子:

  我是一个用户,我访问不了某网站,但是我能访问一个代理服务器,这个代理服务器呢,他能访问那个我不能访问的网站,于是我先连上代理服务器,告诉他我需要那个无法访问网站的内容,代理服务器去取回来,然后返回给我。从网站的角度,只在代理服务器来取内容的时候有一次记录,有时候并不知道是用户的请求,也隐藏了用户的资料,这取决于代理告不告诉网站。

  客户端必须设置正向代理服务器,当然前提是要知道正向代理服务器的IP地址,还有代理程序的端口。

总结来说:

  正向代理是一个位于客户端和原始服务器(origin server)之间的服务器,为了从原始服务器取得内容,客户端向代理发送一个请求并指定目标(原始服务器),然后代理向原始服务器转交请求并将获得的内容返回给客户端。客户端必须要进行一些特别的设置才能使用正向代理。

正向代理的用途:

  • 访问原来无法访问的资源,如google;
  • 可以做缓存,加速访问资源;
  • 对客户端访问授权,上网进行认证;
  • 代理可以记录用户访问记录(上网行为管理),对外隐藏用户信息;

五、反向代理

  对于反向代理来说,客户端是无感知代理的存在的,反向代理对外都是透明的,访问者者并不知道自己访问的是一个代理。因为客户端不需要任何配置就可以访问。

  反向代理(Reverse Proxy)实际运行方式是指以代理服务器来接受internet上的连接请求,然后将请求转发给内部网络上的服务器,并将从服务器上得到的结果返回给internet上请求连接的客户端,此时代理服务器对外就表现为一个服务器。

反向代理的作用:

  • 保证内网的安全,可以使用反向代理提供WAF功能,阻止web攻击。大型网站,通常将反向代理作为公网访问地址,Web服务器是内网。

  • 负载均衡,通过反向代理服务器来优化网站的负载

二者的区别:

  • 正向代理中,代理服务器和客户端处于同一网络环境下,对server透明;
  • 反向代理中,代理服务器和服务端处于同一网络环境下,对client透明;
  • 实际上,代理服务器在两种代理中做的事都是收发请求和响应。正向代理代理客户端发送请求给服务端,反向代理代理服务端响应数据给客户端;

六、负载均衡及反向代理配置

负载均衡

反向代理

七、性能优化

一般来说nginx配置文件中对优化比较有作用的为以下几项:

1、worker_processes 8

nginx进程数,建议按照cpu数目来指定,一般为它的倍数

2、worker_cpu_affinity 00000001 00000010 00000100 00001000 00010000 00100000 01000000 10000000

为每个进程分配cpu,上例中将8个进程分配到8个cpu,当然可以写多个,或者将一个进程分配到多个cpu

3、worker_rlimit_nofile 102400

这个指令是指当一个nginx进程打开的最多文件描述符数目,理论值应该是最多打开文件数(ulimit -n)与nginx进程数相除,但是nginx分配请求并不是那么均匀,所以最好与ulimit -n的值保持一致

4、use epoll

使用epoll的I/O模型,用这个模型来高效处理异步事件

5、worker_connections 102400

每个进程允许的最多连接数,理论上每台nginx服务器的最大连接数为:worker_processes*worker_connections

6、keepalive_timeout 60

http连接超时时间,默认是60s,功能是使客户端到服务器端的连接在设定的时间内持续有效,当出现对服务器的后继请求时,该功能避免了建立或者重新建立连接。切记这个参数也不能设置过大!否则会导致许多无效的http连接占据着nginx的连接数,终nginx崩溃!

7、client_header_buffer_size 4k

客户端请求头部的缓冲区大小,这个可以根据你的系统分页大小来设置,一般一个请求的头部大小不会超过1k,不过由于一般系统分页都要大于1k,所以这里设置为分页大小。分页大小可以用命令getconf PAGESIZE取得

8、open_file_cache max=102400 inactive=20s

这个将为打开文件指定缓存,默认是没有启用的,max指定缓存数量,建议和打开文件数一致,inactive是指经过多长时间文件没被请求后删除缓存

9、open_file_cache_valid 30s

这个是指多长时间检查一次缓存的有效信息

10、open_file_cache_min_uses 1

open_file_cache指令中的inactive参数时间内文件的最少使用次数,如果超过这个数字,文件描述符一直是在缓存中打开的,如上例,如果有一个文件在inactive时间内一次没被使用,它将被移除

11、server_tokens off

隐藏响应头中的有关操作系统和web server(Nginx)版本号的信息,这样对于安全性是有好处的

下面是一个简单的nginx配置文件:

user   www www;
worker_processes 8;
worker_cpu_affinity 00000001 00000010 00000100 00001000 00010000 00100000 01000000;
error_log   /www/log/nginx_error.log   crit;
pid         /usr/local/nginx/nginx.pid;
worker_rlimit_nofile 204800;

events
{
   use epoll;
   worker_connections 204800;
}

http
{
   include       mime.types;
   default_type   application/octet-stream;

   charset   utf-8;

   server_names_hash_bucket_size 128;
   client_header_buffer_size 2k;
   large_client_header_buffers 4 4k;
   client_max_body_size 8m;

   sendfile on;
   tcp_nopush     on;

   keepalive_timeout 60;

   fastcgi_cache_path /usr/local/nginx/fastcgi_cache levels=1:2
                 keys_zone=TEST:10m
                 inactive=5m;
   fastcgi_connect_timeout 300;
   fastcgi_send_timeout 300;
   fastcgi_read_timeout 300;
   fastcgi_buffer_size 16k;
   fastcgi_buffers 16 16k;
   fastcgi_busy_buffers_size 16k;
   fastcgi_temp_file_write_size 16k;
   fastcgi_cache TEST;
   fastcgi_cache_valid 200 302 1h;
   fastcgi_cache_valid 301 1d;
   fastcgi_cache_valid any 1m;
   fastcgi_cache_min_uses 1;
   fastcgi_cache_use_stale error timeout invalid_header http_500;  
   open_file_cache max=204800 inactive=20s;
   open_file_cache_min_uses 1;
   open_file_cache_valid 30s;  

   tcp_nodelay on;
  
   gzip on;
   gzip_min_length   1k;
   gzip_buffers     4 16k;
   gzip_http_version 1.0;
   gzip_comp_level 2;
   gzip_types       text/plain application/x-javascript text/css application/xml;
   gzip_vary on;

   server
   {
     listen       8080;
     server_name   backup.aiju.com;
     index index.php index.htm;
     root   /www/html/;

     location /status
     {
         stub_status on;
     }

     location ~ .*\.(php|php5)?$
     {
         fastcgi_pass 127.0.0.1:9000;
         fastcgi_index index.php;
         include fcgi.conf;
     }

     location ~ .*\.(gif|jpg|jpeg|png|bmp|swf|js|css)$
     {
       expires       30d;
     }

     log_format   access   '$remote_addr - $remote_user [$time_local] "$request" '
               '$status $body_bytes_sent "$http_referer" '
               '"$http_user_agent" $http_x_forwarded_for';
     access_log   /www/log/access.log   access;
       }
}

关于内核参数的优化(在/etc/sysctl.conf文件内):

1、net.ipv4.tcp_max_tw_buckets = 6000

timewait的数量,默认是180000。(Deven:因此如果想把timewait降下了就要把tcp_max_tw_buckets值减小)

2、net.ipv4.ip_local_port_range = 1024   65000

允许系统打开的端口范围

3、net.ipv4.tcp_tw_recycle = 0

启用TIME-WAIT状态sockets快速回收功能;用于快速减少在TIME-WAIT状态TCP连接数。1表示启用;0表示关闭。但是要特别留意的是:这个选项一般不推荐启用,因为在NAT(Network Address Translation)网络下,会导致大量的TCP连接建立错误,从而引起网站访问故障

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实际上,net.ipv4.tcp_tw_recycle功能的开启,要需要net.ipv4.tcp_timestamps(一般系统默认是开启这个功能的)这个开关开启后才有效果;
当tcp_tw_recycle 开启时(tcp_timestamps 同时开启,快速回收 socket 的效果达到),对于位于NAT设备后面的 Client来说,是一场灾难!
会导致到NAT设备后面的Client连接Server不稳定(有的 Client 能连接 server,有的 Client 不能连接 server)。
也就是说,tcp_tw_recycle这个功能,是为内部网络(网络环境自己可控 ” ——不存在NAT 的情况)设计的,对于公网环境下,不宜使用。
通常来说,回收TIME_WAIT状态的socket是因为“无法主动连接远端”,因为无可用的端口,而不应该是要回收内存(没有必要)。
即:需求是Client的需求,Server会有“端口不够用”的问题吗?
除非是前端机,需要大量的连接后端服务,也就是充当着Client的角色。

正确的解决这个总是办法应该是:
net.ipv4.ip_local_port_range = 9000 6553 #默认值范围较小
net.ipv4.tcp_max_tw_buckets = 10000 #默认值较小,还可适当调小
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1 
net.ipv4.tcp_fin_timeout = 10 

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4、net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1

开启重用功能,允许将TIME-WAIT状态的sockets重新用于新的TCP连接。这个功能启用是安全的,一般不要去改动!

5、net.ipv4.tcp_syncookies = 1

开启SYN Cookies,当出现SYN等待队列溢出时,启用cookies来处理

6、net.core.somaxconn = 262144

Web应用中listen函数的backlog默认会给我们内核参数的net.core.somaxconn限制到128,而nginx定义的NGX_LISTEN_BACKLOG默认为511,所以有必要调整这个值

7、net.core.netdev_max_backlog = 262144

每个网络接口接收数据包的速率比内核处理这些包的速率快时,允许送到队列的数据包的最大数目

8、net.ipv4.tcp_max_orphans = 262144

系统中最多有多少个TCP套接字不被关联到任何一个用户文件句柄上。如果超过这个数字,孤儿连接将即刻被复位并打印出警告信息。这个限制仅仅是为了防止简单的DoS攻击,不能过分依靠它或者人为地减小这个值,更应该增加这个值(如果增加了内存之后)

9、net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 262144

录的那些尚未收到客户端确认信息的连接请求的最大值。对于有128M内存的系统而言,缺省值是1024,小内存的系统则是128

10、net.ipv4.tcp_timestamps = 1

时间戳可以避免序列号的卷绕。一个1Gbps的链路肯定会遇到以前用过的序列号。时间戳能够让内核接受这种“异常”的数据包。这里需要将其关掉。

11、net.ipv4.tcp_synack_retries = 1

为了打开对端的连接,内核需要发送一个SYN并附带一个回应前面一个SYN的ACK。也就是所谓三次握手中的第二次握手。这个设置决定了内核放弃连接之前发送SYN+ACK包的数量

12、net.ipv4.tcp_syn_retries = 1

在内核放弃建立连接之前发送SYN包的数量

13、net.ipv4.tcp_fin_timeout = 30

如果套接字由本端要求关闭,这个参数 决定了它保持在FIN-WAIT-2状态的时间。对端可以出错并永远不关闭连接,甚至意外当机。缺省值是60秒。2.2 内核的通常值是180秒,你可以按这个设置,但要记住的是,即使你的机器是一个轻载的WEB服务器,也有因为大量的死套接字而内存溢出的风险,FIN- WAIT-2的危险性比FIN-WAIT-1要小,因为它最多只能吃掉1.5K内存,但是它们的生存期长些

14、net.ipv4.tcp_keepalive_time = 30

当keepalive起用的时候,TCP发送keepalive消息的频度。缺省是2小时

下面贴出一个常用的内核参数的标准配置:

 1 net.ipv4.ip_forward = 0
 2 net.ipv4.conf.default.rp_filter = 1
 3 net.ipv4.conf.default.accept_source_route = 0
 4 kernel.sysrq = 0
 5 kernel.core_uses_pid = 1
 6 net.ipv4.tcp_syncookies = 1
 7 kernel.msgmnb = 65536
 8 kernel.msgmax = 65536
 9 kernel.shmmax = 68719476736
10 kernel.shmall = 4294967296
11 net.ipv4.tcp_max_tw_buckets = 6000
12 net.ipv4.tcp_sack = 1
13 net.ipv4.tcp_window_scaling = 1
14 net.ipv4.tcp_rmem = 4096         87380   4194304
15 net.ipv4.tcp_wmem = 4096         16384   4194304
16 net.core.wmem_default = 8388608
17 net.core.rmem_default = 8388608
18 net.core.rmem_max = 16777216
19 net.core.wmem_max = 16777216
20 net.core.netdev_max_backlog = 262144
21 net.core.somaxconn = 262144
22 net.ipv4.tcp_max_orphans = 3276800
23 net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 262144
24 net.ipv4.tcp_timestamps = 0
25 net.ipv4.tcp_synack_retries = 1
26 net.ipv4.tcp_syn_retries = 1
27 net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1
28 net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1
29 net.ipv4.tcp_mem = 94500000 915000000 927000000
30 net.ipv4.tcp_fin_timeout = 1
31 net.ipv4.tcp_keepalive_time = 30
32 net.ipv4.ip_local_port_range = 1024     65000
33 net.ipv4.ip_conntrack_max = 6553500

posted on 2019-04-01 22:20  破解孤独  阅读(888)  评论(0编辑  收藏  举报

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